[發明專利]穿刺虛擬教學訓練系統中鋪巾過程建模方法及該系統

在審

• 申請號: 201810418929.4
• 申請日: 2018-05-04
• 公開（公告）號: CN108829922A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 于福東;朱云
• 申請（專利權）人: 蘇州敏行醫學信息技術有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G09B23/28
• 代理公司: 深圳市漢唐知識產權代理有限公司 44399
• 代理人: 彭益宏

1.一種穿刺虛擬教學訓練系統中鋪巾過程建模方法，其特征在于，包括如下步驟：

洞巾分解：將洞巾分解成N個質點，形成矩形陣列點；

質點連接：每個質點和與其相鄰的上、下、左、右、左上、左下、右上、右下8個點用彈性件連接，

計算質點內力；

計算質點外力；

獲取質點下一幀的位置：根據質點的質量及質點內力與外力的合力大小獲得一個帶方向的加速度：

v_t＝v₀×at計算質點這一幀的速度向量，將當前質點在空間中的位置加上v_t×t得到質點下一幀的位置，F_合質點內力和外力的合力大小，m質點質量；

對洞巾做碰撞檢測：采用“橢球包圍體”碰撞，橢球體綁定在待鋪巾人物骨骼上，采用三個向量描述橢球體，一個是橢球體在空間的中點，另外一個是橢球體在X、Y、Z軸三個方向的半徑長度，再一個是指定橢球體的方向的向量，橢球體的方程為：

將頂點的x、y、z值帶入計算式：

判斷計算結果大于1還是小于1，若小于1或等于1則發生碰撞；

求解橢球體碰撞點：發生碰撞之后，將該洞巾頂點強行移動到離橢球體表面最近的點，通過解從橢球中點、過該洞巾頂點的射線和橢球體方程一起連解，獲得該洞巾頂點離最近橢球體表面的一點，化簡得到：

x＝x₀+t×(x₁-x₀)

y＝y₀+t×(y₁-y₀)

z＝z₀+t×(z₁-z₀)，

其中x₀、y₀、z₀為橢球中點，x₁、y₁、z₁為洞巾頂點碰撞后于橢球體內的一點。

2.根據權利要求1所述的穿刺虛擬教學訓練系統中鋪巾過程建模方法，其特征在于，還包括：求解洞巾質點在橢球體上一點的法線的支持力：當前質點的重力點乘該質點在橢球體法向量計算出當前質點所受力在負法線方向的分量，然后當前的力向量減去這個分量，再乘以該橢球體的摩擦系數，得到洞巾質點在橢球體上一點的法線的支持力；完成洞巾運算和其與橢球體碰撞的模擬。

3.根據權利要求2所述的穿刺虛擬教學訓練系統中鋪巾過程建模方法，其特征在于，所述洞巾與橢球體碰撞后，質點于橢球體上一點的法線向量：

4.根據權利要求1所述的穿刺虛擬教學訓練系統中鋪巾過程建模方法，其特征在于，所述計算質點內力步驟包括：

計算彈性件拉力：獲取當前質點在空間中的位置P₀,及該質點周圍各個質點的位置P₁-P₈，循環計算P₁-P₈和P₀的距離，用P₁-P₈各自和P₀的距離減去各自彈性件本身的長度l₀，然后乘以虎克系數，獲得該質點在這一幀受到的彈性件拉力。

5.根據權利要求1所述的穿刺虛擬教學訓練系統中鋪巾過程建模方法，其特征在于，所述計算質點內力步驟還包括：

計算彈性件的彎曲應力：通過計算與當前質點相鄰的上質點和下質點的夾角、以及左質點和右質點的夾角各自乘以彎曲應力系數獲取以當前質點為圓心，上質點或下質點到當前質點的距離為半徑的圓在鄰質點的切線方向的力、及左質點或右質點到當前質點的距離為半徑的圓在鄰質點的切線方向的力。

6.根據權利要求1至5任意一項所述的穿刺虛擬教學訓練系統中鋪巾過程建模方法，其特征在于，所述計算質點外力步驟包括：

計算重力：根據質點的密度乘以重力加速度計算質點重力；

計算全局阻力：當前質點重力乘以上一幀的速度向量。